电容式液位传感器通过检测电容变化来测量液位，其电气特性和输出信号形式如下：

1. 电气特性

  • 工作原理：
    基于电容器原理，电极（探头）与容器壁（或参考电极）构成电容两极，液位变化导致介电常数（ε）或极板覆盖面积（A）改变，从而改变电容量（�∝���，d为极板间距）。

  • 激励信号：

    • 通常采用高频交流信号（如1kHz~1MHz）驱动电容极板，避免极化效应。

    • 电压范围：5~24V DC（取决于供电类型）。

  • 电容变化范围：

    • 典型值：几皮法（pF）至数百皮法，具体取决于介质和探头结构。

  • 灵敏度：
    受介质介电常数影响（如水的ε≈80，油类ε≈2~5），高介电常数液体更易检测。

2. 输出信号类型

根据信号处理电路的不同，输出形式包括：

(1) 模拟量输出

  • 电压信号（0~5V, 0~10V）

    • 线性对应液位范围，适用于PLC或模拟输入模块。

    • 例如：0V=空罐，10V=满罐。

  • 电流信号（4~20mA）

    • 抗干扰能力强，适合远距离传输。

    • 4mA通常对应空罐，20mA对应满罐（可编程调整）。

(2) 数字量输出

  • 开关信号（PNP/NPN、继电器）

    • 用于点式液位检测（高位/低位报警）。

    • 例如：液位达到阈值时输出高电平或触发继电器。

  • 数字通信（RS485、Modbus、HART等）

    • 支持多传感器组网，输出液位数值及状态信息。

(3) 频率/脉冲信号

  • 电容变化转换为频率调制（FM）或脉冲宽度调制（PWM），需后续电路解码。

3. 关键电气参数

参数 典型值/说明
供电电压 12~24V DC（模拟型），3.3~5V（数字型）
功耗 0.5~5W（取决于输出类型）
输出负载能力 ≤500Ω（电流型），≥1kΩ（电压型）
温度影响 需温度补偿（介电常数随温度变化）
响应时间 毫秒级至秒级（取决于信号处理速度）

4. 接线示例

  • 三线制（模拟型）：
    电源+、电源-、信号输出

  • 四线制（隔离型）：
    额外增加信号地线或屏蔽线以减少噪声。

  • 两线制（4~20mA型）：
    环路供电，信号与电源共用线路。

5. 应用注意事项

  • 介质影响：导电液体需采用绝缘探头（避免短路），粘稠介质可能需防粘附设计。

  • 校准：需针对空罐和满罐进行标定（尤其是非线性介质）。

  • 干扰防护：远离电机、变频器等电磁噪声源，必要时使用屏蔽电缆。

电容式液位传感器的输出选择需匹配控制系统接口，同时考虑介质特性与环境条件以确保稳定性。